Unidad I Introducción a la programación de Sistemas M.C. Juan Carlos Olivares Rojas
Agenda 1.1 Qué es y que estudia la programación de sistemas? 1.2 Herramientas desarrolladas con la teoría de programación de sistemas 1.3 Lenguajes 1.3.1 Lenguajes naturales. 1.3.2 Lenguajes artificiales. 1.3.3 Proceso de la comunicación. 1.4 Traductor y su estructura. 1.4.1 Ensambladores. 1.4.2 Compiladores. 1.4.3 Interpretes. 1.5 Generadores de código para compiladores (compilador de compilador).
1.1 Qué es y qué estudia la programación de sistemas? Programa: conjunto de instrucciones que ejecuta una computadora para realizar una actividad. Sistema: conjunto de elementos autónomos que trabajan en armonía para alcanzar un objetivo en común.
Tipos de sistemas Sistemas físicos: equipo, maquinaria, objetos reales, Hardware Sistemas abstractos: ideas, hipótesis, conceptos, planes, Software Sistemas abiertos y cerrados dependiendo del ambiente en que se ejecutan.
Características de un sistema Están bien delimitados, por lo tanto se conocen sus fronteras. Un sistema puede interactuar con su medio ambiente a través de una interfaz de entradas y salidas que recibe el nombre de parámetros del sistema. Un sistema puede ser componente de otro sistema
Cuál es la diferencia entre un técnico y un ingeniero? A parte del grado académico, el tipo de programas que realizan. Generalmente un técnico realiza software de aplicaciones (ABCD) o aplicaciones de gestión (nóminas, control de inventarios, etc.) Un ingeniero es más creativo, más ciencia e investigación; mientras que un licenciado aplica los conocimientos.
Clasificación del software Software de sistemas: software que ayuda (sirve de base) a otro software. Procesan estructuras de datos complejas Tienen una fuerte dependencia con el hardware Utilizan una fuerte gestión de procesos (concurrencia, planificación, etc.)
Clasificación del software Software de aplicación (gestión) Software de tiempo real Software empotrado Software de ingeniería y científico Software basado en Web Software de inteligencia artificial
Áreas afines a la programación de sistemas Teoría de la computación (lenguajes y autómatas). Lenguajes de programación Arquitecturas de computadoras Algorítmica Ingeniería del software
1.2 Herramientas desarrolladas con la teoría de programación de sistemas El caso más sencillo de programación de sistemas es la construcción de compiladores para ejecutar lenguajes de programación. Pero no sólo se aplica en lenguajes de programación, sino también se aplica en cualquier programa que se tenga que hacer un análisis o extracción de información
Software de sistemas Editores de texto inteligentes (IDEs con autocompletar, revisores ortográficos, etc) Impresoras estéticas (impresión de gran calidad sin un editor visual, Latex, etc.) Intérpretes (Shells de sistemas operativos o de alguna aplicación como un SMBD) Búsqueda de información que no es tan común en base a patrones, etc.
1.3 Lenguajes Conjunto de palabras y reglas que permiten comunicar información entre dos entidades. Lenguaje son las cadenas que pueden generarse a través de una gramática El lenguaje que entienden las máquinas (lenguaje formal) es muy diferente del lenguaje que entendemos los humanos
Repaso de lenguajes y autómatas Símbolo: representación abstracta de alguna entidad Alfabeto: conjunto finito de símbolos Cadena: yuxtaposición de símbolos de un alfabeto que representan a un objeto Lenguaje: conjunto de cadenas válidas que se pueden formar a través de un alfabeto
1.3.1 Lenguajes naturales El lenguaje natural es inherentemente ambiguo, por lo que se necesita crear un lenguaje que permita eliminar esas ambigüedades. Es mejor crear otro lenguaje, denominado de alto nivel que es el encargado de mediar entre la abstracción humana y la abstracción de lenguaje de máquina
1.3.2 Lenguajes artificiales Los lenguajes artificiales son aquellos que los humanos hemos creado para comunicarnos Las computadoras sólo saben 0 y 1 Un lenguaje artificial permite implementar un algoritmo en una computadora para resolver un problema.
Lenguajes de bajo nivel Una abstracción más entendible del lenguaje máquina es el uso de lenguajes ensambladores en donde cada instrucción o mnemónico es traducido a una instrucción máquina. ADD AX, 5 LOAD A, 5
Lenguajes máquina El lenguaje máquina es dependiente de cada tipo de arquitectura de computadoras por lo que el código no es fácilmente portable a otras arquitecturas. Los lenguajes de alto nivel son más portables en lo que respecta al código fuente pudiendo llevarse a otras arquitecturas de computadoras sin mayor problema.
Clasificación de Chomsky Lenguajes sin restricciones (gramática 0) Lenguajes dependientes del contexto (tipo 1) Lenguajes independientes del contexto (tipo 2) Lenguajes regulares (tipo 0 no presentan ambigüedades, lo ideal para representarlas en una computadora)
1.3.3 Proceso de la comunicación Para entablar una comunicación se necesita que tanto el emisor como el receptor conozcan el mismo lenguaje o en su defecto tengan un traductor. En este sentido, los humanos escribimos algoritmos en un lenguaje formal que una computadora pueda transformar a un lenguaje entendible por ella.
1.4 Traductor y su estructura Un traductor es un mediador entre dos entidades: emisoras y receptoras Los mediadores enmascaran la complejidad y heterogeneidad de los lenguajes Un traductor convierte un lenguaje de entrada (código fuente) a uno de salida (código objeto)
Traductor La traducción puede ser sencilla (literal) o compleja (revisar el contexto) dependiendo del tipo de lenguaje de entrada y salida. Traducción español a inglés si se hace de manera literal es una mala traducción, se necesita de al menos otra revisión (pasada) para hacer una buena traducción.
Traductor Lenguaje del emisor Código fuente Traductor Lenguaje del receptor Código objeto Errores en el proceso de traducción
1.4.1 Ensambladores Ensamblador es el traductor que se encarga de convertir instrucciones de bajo nivel a instrucciones de una máquina en general //Encabezados 00 MOV AX, 58d 4F0188 03 CMP 0 3A00 05 JMP etiqueta 9918 Etiqueta: 18 MUL AX, FF 4401FF
1.4.2 Compiladores Es el traductor que se encarga de convertir un lenguaje de alto nivel a código máquina. La característica de este traductor radica en el hecho de que necesita revisar todo el código fuente para poder realizar la traducción. Ejemplo: la traducción de un libro, discurso, o artículo técnico o de investigación
Compiladores Ejemplos de compiladores: C, C++, Pascal, etc. Entre más pasadas se de a un código fuente mayor es la optimización que se puede hacer. El problema radica en el tiempo y en los recursos para hacerlo Antes de compilar un programa fuente se sigue una etapa de preprocesamiento.
Preprocesadores: Macros (expansión de funciones) Inclusión de archivos (bibliotecas) Procesadores racionales Extensiones al leguaje (inclusión de ensamblador en C)
Etapas de un compilador Análisis Léxico Análisis Sintáctico Análisis Semántico Generación de Código intermedio Optimización Manejador de Errores Código fuente Código objeto
1.4.3 Intérpretes Se ejecutan línea por línea, instrucción por instrucción. Lenguajes interpretados: PHP, PERL, BASIC En algunas ocasiones se necesita de una traducción rápida de algunas instrucciones, como en el Shell, instrucciones SQL, etc.
Java es compilado o interpretado? Java al igual que otros lenguajes como C# son lenguajes híbridos. Por una parte se compila un programa fuente para generar código objeto para una máquina virtual (bytecode o MSIL) para posteriormente ejecutarse de manera interpretada en las diferentes máquinas virtuales de cada plataforma. A este compilador se les llama jitter de JIT (Just in Time)
1.5 Generadores de código para compiladores (compilador de compilador) Los dos primeros lenguajes de alto nivel desarrollado fueron FORTRAN y COBOL. Desarrollar FORTRAN tardó alrededor de 14 años. Desarrollar nuestro compilador tardará menos de 6 meses Son herramientas que auxilian algún aspecto del proceso de traducción
Herramientas auxiliares para programación de sistemas Cargadores y editores de enlace Generadores de analizadores léxico Generadores de Analizadores sintácticos Traductores dirigidos por sintaxis Generadores automáticos de código Dispositivos para el análisis de flujo de datos
Preguntas?